DE9417299U1 - Stromversorgungsmodul zur Bestückung einer Baugruppenleiterplatte - Google Patents

Stromversorgungsmodul zur Bestückung einer Baugruppenleiterplatte

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Description

B 1 7 9 5
Beschreibung
Stromversorgungsmodul zur Bestückung einer Baugruppenleiterplatte
5
Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungsinodul zur Bestükkung einer Baugruppenleiterplatte, bei dem die einzelnen Bauelemente auf einer Modulleiterplatte angeordnet sind.
In der modernen Systemtechnik werden für die Versorgung elektronischer Schaltungen zunehmend DC/DC-Umrichter direkt auf den Systembaugruppen untergebracht. Dabei besteht seitens der Anwender der Wunsch nach möglichst kleinen und flachen Modulen.
Der typische Wirkungsgrad eines DC/DC-Umrichters beträgt ca. 80 Prozent. Etwa 20 Prozent der umgesetzten Leistung muß vom Umrichter selbst entwärmt werden. Die Verlustwärme entsteht zum größten Teil im Kristall der Leitungshalbleiter. Ein Um-0 richter kann nur dann in seiner Größe optimiert werden, wenn es gelingt, seine Verlustwärme von den ausgesprochenen "Hot Spots" ohne größere Temperaturdifferenzen an die Oberfläche zu transportieren und zu verteilen. Im Idealfall ist die Oberfläche des Umrichters unter vorgegebenen Umgebungsbedin-5 gungen exakt nach seiner Verlustleistung bemessen.
Neben der Modulgröße, Entwärmung und Temperaturverteilung treten bei der Realisierung weitere Probleme, wie z.B. Gewicht, Montageaufwand, mechanische Beanspruchungen, usw. auf.
Bei der gängigen Modultechnologie werden elektrische Bauteile auf einer oder mehreren kleinen Epoxy-Leiterplatten untergebracht. Der Wärmetransport erfolgt von den "Hot Spots" über eine Vergußmasse an die Oberfläche des Gehäuses. Neben den hohen Herstellkosten entsteht dabei ein erhebliches Zusatzgewicht. Die Folge davon ist eine starke Belastung der Befestigungsstifte während eines Transports und durch sonstige Vi-
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brationen. Solche Module müssen zusätzlich mechanisch auf der Leiterplatte fixiert werden {durch Schrauben, Klammern usw.), was mit weiteren Kosten verbunden ist.
In einigen Fällen wird anstelle der Epoxy-Platten die Hybridtechnik angewandt. Dabei erfolgt die elektrische und mechanische Kontaktierung über einige wenige kräftige Anschlußstifte. Solche Hybride werden aus Gründen der mechanischen Stabilisierung von Substrat und Anschlußstiften in einem Gehäuse untergebracht und vergossen. Dabei entstehen die obengenannten beschriebenen Probleme. Bei einigen Ausführungen werden die steifen Anschlußstifte über spezielle Rahmenkonstruktionen stabilisiert und mit dem Gehäuse und dem Substrat fixiert.
Alle diese bekannten Techniken sind mit erheblichen Nachteilen sowie hohen Herstellungskosten verbunden. Außerdem werden solche Module nicht optimal entwärmt, da die untere Fläche, um Bauhöhe zu sparen, praktisch immer auf der Baugruppenleiterplatte aufliegt. Dadurch wird der Luftdurchsatz stark behindert, so daß die optimale Größe des Moduls nicht erreicht werden kann.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine optimale Gesamtlösung für die Gestaltung derartiger Stromversorgungsmodule zu finden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß für ein Stromversorgungsmodul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die aktiven Bauteile in offener Bauweise auf einer mittels Dickschichttechnologie hergestellten, als Modulleiterplatte dienenden Keramikplatte angeordnet sind, und daß an zwei gegenüberliegenden Kanten der Keramikplatte zwei Reihen von hinreichend dünnen und langen Anschlußstiften angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Anschlußstiften minimal ist.
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Die Herstellung des erfindungsgemäßen Stromversorgungsmodul ist mit einem geringen Aufwand durchzuführen. Durch die offene Bauweise werden die Wärmeabführungsprobleme zuverlässig gelöst. Durch die zwei Reihen von hinreichend dünnen und langen Anschlußstiften wird das Stromversorgungsmodul zuverlässig und elastisch getragen. Dabei werden Krümmungen und Verformungen der Modulleiterplatte, verursacht durch Erwärmung, mechanische Verspannungen usw. leicht abgefangen.
Die mechanische Belastung des Stromversorgungsmoduls sowie der Kontaktierung ist durch die geringe Kraftübertragung des einzelnen dünnen und langen Anschlußstifts sehr klein. Darüberhinaus ist die elektrische Kontaktierung über mehrere dünne Stifte wesentlich günstiger als über wenige Anschlüsse mit größerem Durchmesser. Diese Technik ermöglicht auch unmittelbar großflächige Stromübertragungen.
Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die modulseitigen Enden der Anschlußstifte 0 gabelförmig ausgebildet sind und die Kanten der Keramikplatte beidseitig umfassen. Dadurch wird eine sichere Verbindung zwischen Anschlußstiften und Keramikplatte des Stromversorgungsmoduls erreicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromversorgungsmoduls ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstifte zur Bestückungsseite des Moduls hin abgebogen sind, und daß die Bauteileseite des Moduls im eingebauten Zustand der Oberfläche der Baugruppenleiterplatte zugewandt ist.
Dies hat zwei wesentliche Vorteile. Es ergibt sich bei der maximalen Länge der Anschlußstifte eine minimale Gesamthöhe des Stromversorgungsmoduls. Weiterhin kann der Luftdurchsatz zwischen der Baugruppenleiterplatte sowie der Innenfläche der Keramikplatte mit den elektrischen Bauteilen weitgehenst un-
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gehindert ablaufen. Dadurch wird eine optimale Entwärmung bei einer minimalen Bauhöhe erzielt.
Die Leistungshalbleiter werden direkt auf die Keramikplatte aufgebracht und gebonded. Dadurch ist der Wärmeübergangswiderstand der wesentlichen Wärmequellen zum Substrat hin minimiert. Da die laterale Wärmeverteilung im Substrat sehr gut ist, dient die gesamte Fläche der Keramikplatte als Kühlkörper. Dadurch sind zusätzliche Wärmetransportmittel, wie z.B. eine Vergußmasse überflüssig.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Stromversorgungsmoduls ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstifte waagerecht in Verlängerung der Unterseite der Keramikplatte weggeführt sind und in ihrem Mittenbereich U-förmige Ausbiegungen aufweisen, und daß das Modul in einem Durchbruch der Baugruppenleiterplatte angeordnet ist, wobei die Unterseite der Keramikplatte mit der Unterseite der Baugruppenleiterplatte fluchtet.
Diese Weiterbildung bietet die Möglichkeit, die Höhe des Stromversorgungsmoduls auf der Systembaugruppe weiterhin um die Dicke der Leiterplatte selbst zu reduzieren. Dabei sind die Anschlußstifte so geformt, daß die auftretenden Tangentialkräfte abgefangen werden können.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.
Es zeigen
FIG 1 eine Draufsicht auf ein Stromversorgungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung, welches auf einer Baugruppenleiterplatte montiert ist,
35
FIG 2 eine Seitenansicht der in FIG 1 dargestellten Anordnung,
FIG 3 eine andere Seitenansicht der in FIG 1 dargestellten Anordnung,
FIG 4 eine Keramikplatte eines Stromversorgungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung mit Anschlußstiften für eine SMD-Montage,
FIG 5 ein Stromversorgungsmodul gemäß der vorliegenden Erfindung, welches in einem Durchbruch einer Baugruppenleiterplatte montiert ist,
FIG 6 einen teilweisen Querschnitt durch die in FIG 5 gezeigte Anordnung.
Das auf die Leiterplatte LP einer Baugruppe zu montierende Stromversorgungsmodul SVM besteht im wesentlichen aus einer Keramikplatte KP, auf welcher die aktiven Bauteile AB montiert sind. An zwei gegenüberliegenden Rändern der Keramikplatte sind die Anschlußstifte AS(S) angebracht. Die Anschlußstifte AS(S) sind hinreichend dünn und lang ausgebildet und weisen jeweils einen minimalen Abstand auf. Auf diese Weise werden Krümmungen und Verformungen der Leiterplatte, verursacht durch Erwärmung oder mechanische Spannungen, leicht abgefangen. Auch kann eine günstigere elektrische Kontaktierung erfolgen, da eine großflächige Stromzuführung über mehrere Anschlüsse möglich ist.
In den FIG 1 bis 3. ist eine Bestückung der Baugruppenleiter-0 platte LP mit einem Stromversorgungsmodul SVM gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei welchem die Bestückungsseite des Stromversorgungsmoduls SVM im montierten Zustand der Oberfläche der Leiterplatte LP zugewandt ist. Auf diese Weise wird eine minimale Bauhöhe bei gleichzeitiger guter Belüftung der aktiven Bauelemente AB erreicht.
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Eine weitere Verringerung der Bauhöhe ergibt sich dadurch, daß, wie in FIG 5 und in FIG 6 dargestellt ist, das erfindungsgemäße Stromversorgungsmodul SVM innerhalb eines Durchbruchs DB der Leiterplatte LP angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird die Bauhöhe des Stromversorgungsmoduls im eingebauten Zustand um die Dicke der Leiterplatte LP verringert. Bei dieser Ausführungsform sind die Anschlußstifte AS (W) waagerecht in Verlängerung der Unterseite der Keramikplatte KP geführt und weisen U-förmige Ausbiegungen auf. Durch die U-förmigen Ausbiegungen UAB wird erreicht, daß die auftretenden Tangentialkräfte abgefangen werden können.
Um eine sichere Verbindung der Anschlußstifte AS(S) und AS(W) zu erreichen, sind die modulseitigen Enden dieser Anschlußstifte gabelförmig ausgebildet, um die Kanten der Keramikplatte KP beidseitig zu umfassen.
In FIG 4 ist eine Keramikplatte KP eines erfindungsgemäßen Stromversorgungsmoduls dargestellt, bei dem die Anschlußstifte AS(SMD) für eine SMD-Montage geeignet sind.

Claims (4)

&Bgr; 1 7 9 5 Schutzansprüche
1. Stromversorgungsmodul zur Bestückung einer Baugruppenleiterplatte, bei dem die einzelnen Bauelemente auf einer Modulleiterplatte angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die aktiven Bauteile (AB) in offener Bauweise auf einer mittels Dickschichttechnologie hergestellten, als Modulleiterplatte dienenden Keramikplatte (KP) angeordnet sind, und daß an zwei gegenüberliegenden Kanten der Keramikplatte zwei Reihen von hinreichend dünnen und langen Anschlußstiften (AS) angeordnet sind, wobei der Abstand zwischen den Anschlußstiften (AS) minimal ist.
2. Stromversorgungsmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die modulseitigen Enden der Anschlußstifte (AS) gabelförmig ausgebildet sind und die Kanten der Keramikplatte (KP) beidseitig umfassen.
3. Stromversorgungsmodul nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußstifte (AS(S)) zur Bestückungsseite des Moduls (SVM) hin abgebogen sind, und daß die Bauteileseite des 5 Moduls (SVM) im eingebauten Zustand der Oberfläche der Baugruppenleiterplatte (LP) zugewandt ist.
4. Stromversorgungsmodul nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anschlußstifte (AS(W)) waagerecht in Verlängerung der Unterseite der Keramikplatte (KP) weggeführt sind und in ihrem Mittenbereich U-förmige Ausbiegungen (UAB) aufweisen, und daß das Modul (SVM) in einem Durchbruch (DB) der Baugruppenleiterplatte angeordnet ist, wobei die Unterseite der Keramikplatte (KP) mit der Unterseite der Baugruppenleiterplatte (LP) fluchtet.
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